Die Erforschung des Lebens im Mikrokosmos hat in den vergangenen Tagen und Wochen einige Ausrufungszeichen gesetzt. Es geht um Bakterien, die der Mensch gentechnologisch am liebsten so maßschneidern würde, dass sie sich auf allerlei giftige oder allgemein missliebige Substanzen stürzen, sie mit Heißhunger vertilgen und so unschädlich machen. Man stelle sich allein und vereinfacht die Sanierung asbestbelasteter Gebäude vor: Spezielle Bakterien mit einer rekordverdächtigen Vermehrungsrate in ein Haus setzen, abwarten und später nur noch mit Besen und Industriesauger die Sanierung beenden. Oder: Organismen, die zielgerichtet bestimmte Wirkstoffe für Arzneien produzieren, wie bereits heute einige gentechnisch manipulierte Mikroorganismen Substanzen für einige Antibiotika produzieren. Oder: Maßgeschneiderte Bakterien als Klimahelfer, die das Zuviel an Kohlendioxid aus der Atmosphäre saugen und so die globale Erwärmung bremsen.
Auf dem langen und steinigen Weg dorthin scheint das Team um den amerikanischen Genforschungs-Pionier Craig Venter ein Stück vorangekommen zu sein. In der jüngsten Ausgabe der Fachzeitschrift "Science" berichten die Forscher vom John Craig Venter Institute in Maryland, dass es ihnen gelungen sei, künstliches Erbgut herzustellen, dieses in eine Zelle zu schleusen und so ein Bakterium zu schaffen - eines, das zum Leben taugt, weil es aus zugeführten Nährstoffen Energie tankt und sich vermehrt. Es heißt "Syn 3.0" und stirbt jedoch, sobald es in das "richtige Leben", die reale Umwelt, entlassen wird. "Syn 3.0" kann nur im Labor überleben.
Ziel war es, herauszufinden, wie viele Gene es mindestens braucht, um die kleinste Lebenseinheit herzustellen. Doch bald zeigte sich, dass jede mit dem Computer am Reißbrett entworfene Mini-Kreatur nicht lebenstauglich war. So verwandelte sich diese Forschungsmethode mangels Wissen bald in das klassische Versuch-und-Irrtum-Spiel: Welches Gen hat exakt welche Funktion und welche Gene braucht es gewissermaßen zur Kommunikation der Gene untereinander, um etwas Lebendiges hervorzubringen? Weil die Wissenschaft das meist nicht weiß, blieb nur die empirische Methode.
Vereinfacht: Entfernte man ein Gen und starb daraufhin der Mini-Organismus, fügte man es wieder zum künstlichen Genom hinzu; lebte das Bakterium dagegen weiter, blieb das Gen entfernt. Venter erklärte das auf der Pressekonferenz so: "Wenn Sie nichts von Flugzeugen wüssten und lassen einfach das rechte Triebwerk weg, dann könnte die Maschine immer noch fliegen und landen. Das Gleiche gilt für das linke Triebwerk. Daraus schließen Sie: Sowohl das rechte als auch das linke Triebwerk sind nicht unbedingt notwendig. Dass das nicht stimmt, merken Sie erst, wenn Sie beide Triebwerke weglassen."
Venters Team startete mit 901 Genen und endete bei 473. In sisyphushafter Kleinarbeit über vier Jahre waren also 428 Gene als "nicht lebensnotwendig" identifiziert und dauerhaft entfernt worden. Über 149 weiter verwendete Gene wissen die Forscher nicht, was sie im Kunst-Bakterium steuern, aber die Experimente zeigten deutlich: ohne sie keine Lebensfähigkeit. Folglich gestand Venter in "Science" auch ein: "Damit ist klar: Unser derzeitiges Wissen reicht nicht aus, um sich hinzusetzen, in der Theorie ein Lebewesen zu designen und herzustellen." Mit anderen Worten: Das Bewusstsein, dass man nichts bis wenig über das Gen-Labyrinth weiß, ist wieder einmal wachgerüttelt worden. Besser klappt es im Forschungszweig der synthetischen Biologie hingegen damit, bestehende Organismen gentechnologisch zu manipulieren und ihnen gewünschte Eigenschaften einzuhauchen. Auf welch bescheidener Ebene der künstlichen Lebenserzeugung die Forschung unterwegs ist, verdeutlichen Vergleichszahlen: So besitzt ein Mensch rund 23 000 Gene und selbst das Darmbakterium Escherichia coli noch etwa 4500.
Ein Winzling, der Kunststoff frisst
Einen Volltreffer landeten indes die Japaner im realen Bakterien-Kosmos: Ebenfalls in "Science" berichten sie, dass sie einen Winzling entdeckt haben, der Kunststoff als Delikatesse empfindet - und frisst. Das Bakterium Ideonella sakaiensis 201-F6 hat demnach zwei Enzyme, mit dessen Hilfe es den weit verbreiteten Kunststoff PET (Polyethylenterephthalat) in zwei ungiftige Stoffe (Terephthalsäure und Ethylenglycol) zersetzt. Bisher kannte die Wissenschaft die "plastikfressende Fähigkeit" nur von einigen exotischen Pilzen. Doch eine PET-Recycling-Anlage - Sedimente, Böden, Abwasser, Aktivschlamm - kann eine Fundgrube sein. Forscher um Shosuke Yoshida vom Kyoto Institute of Technology rieben sich die Augen, als sie die gezogenen Proben im Labor untersuchten: Sie fanden ein Bakterium, das sich von PET ernährte - jenes PET, von dem die Menschheit jährlich 56 Millionen Tonnen herstellt, meist für Flaschen und andere Verpackungen.
PET ist ein ziemlicher Problemfall, denn nur ein geringer Teil davon wird recycelt. Der Rest landet in der Umwelt. Plastikmüll sammelt sich fast in jedem Erdwinkel an, vor allem in den Weltmeeren. Nach Angaben des Umweltbundesamtes (UBA) braucht es rund ein halbes Jahrhundert, bis sich eine Plastikflasche in der Umwelt zersetzt. Dabei verflüchtigt sie sich nicht etwa, sondern wird von Jahrzehnt zu Jahrzehnt in immer kleinere Partikel zerrieben - so winzig, dass die Kunststoffkrümel in der Nahrungskette landen und schließlich auch vom Menschen aufgenommen werden können.
Künstliche PET-Fresser
Die Entdeckung der Japaner bedeutet nun nicht, dass man Ideonella sakaiensis 201-F6 nur vermehren und über Plastik-Hotspots im Ozean oder über Deponien auf dem Land verbreiten müsste und in Windeseile wäre der Unrat verzehrt. Der Fund des unbekannten Bakteriums mit den überraschenden Eigenschaften stellt jedoch eine Forschungsbasis dar, um diesen Mikroorganismus gentechnologisch zu optimieren und etwa seine Plastik-Verzehrrate zu erhöhen. Jedenfalls ist der Weg dazu kürzer und aussichtsreicher als jener, einen künstlichen PET-Fresser zu erzeugen.Erstaunlich erscheint, was die Natur mit den Enzymen bei Ideonella sakaiensis 201-F6 hervorgebracht hat. Unwahrscheinlich ist, dass das Bakterium diese Eigenschaft schon immer hatte, denn PET ist erst seit etwa 1941 in der Welt, nachdem die beiden Engländer John Rex Whinfield und J. T. Dickson den buchstäblichen Kunst-Stoff in den Labors des Unternehmens Calico Printers Association aus Ethylenglykol und Terephthalsäure ertüftelt hatten. In nur rund 70 Jahren hätte die Evolution somit eine Antwort auf den neuen Stoff PET in der Umwelt gefunden - eine Methode (die zwei Enzyme), ihn auf natürliche Weise abzubauen.